摘? 要：在工業(yè)計(jì)量測(cè)量中自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)作為解決計(jì)量準(zhǔn)確度的方法大量應(yīng)用，但是由于在測(cè)量中多種影響測(cè)量誤差的情況存在，極大的影響了計(jì)量的準(zhǔn)確度。本文通過(guò)計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)改造和密度替代兩種方式查找分析自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)測(cè)量液位、密度、質(zhì)量的影響因素。

關(guān)鍵詞：混合法;取樣器;測(cè)量;基準(zhǔn)點(diǎn);改進(jìn)

中圖分類號(hào)：TE863.1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：1671-2064（2020）03-0000-00

0 引言

自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)測(cè)溫儀、壓力變送器、混合處理器等設(shè)備集合處理，達(dá)到液位、密度、溫度、質(zhì)量等多種參數(shù)的綜合測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)油庫(kù)自動(dòng)化庫(kù)存管理。但是自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)在中石化銷售企業(yè)應(yīng)用卻不普遍，原因是伺服液位計(jì)在立式油罐中使用情況較差，主要體現(xiàn)在液位漂移頻繁、噸位與人工檢尺相差較大、密度和水位無(wú)法測(cè)準(zhǔn)等問(wèn)題，探索發(fā)現(xiàn)油品的液位、密度、質(zhì)量等測(cè)量影響因素并找到解決方法已成為油庫(kù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理的關(guān)鍵性、基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)。

1 混合式油罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)工作原理

庫(kù)區(qū)混合式油罐測(cè)量系先通過(guò)液位計(jì)直接測(cè)量油罐內(nèi)油品油高和水高，測(cè)溫儀測(cè)量油罐內(nèi)油品溫度，并通過(guò)壓力變送器測(cè)量油罐內(nèi)油品靜壓力，然后將所測(cè)得參數(shù)傳輸?shù)交旌咸幚砥髦凶罱K計(jì)算出油品密度、體積和質(zhì)量。筆者油庫(kù)使用的是荷蘭Enraf（恩拉福）854XTG伺服式液位計(jì)，基于浮力平衡的原理，由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)體積較小的浮子，能準(zhǔn)確地測(cè)出液位等參數(shù)。

1.1液位測(cè)量

當(dāng)液面液位發(fā)生變化時(shí)，測(cè)量浮子的浸沒(méi)體其所受的浮力發(fā)生變化，檢制單元對(duì)測(cè)量值和設(shè)定值進(jìn)行比較后發(fā)出命令啟動(dòng)伺服電機(jī)，釋放浮子待浮子浮在液面上獲得新的力平衡力。浮子所探得的液位為空高，油品液位高度為H=Hc（參照高度）-Hk（空高）。

1.2? 溫度測(cè)量

筆者油庫(kù)采用進(jìn)口的平均溫度傳感器，多點(diǎn)溫度計(jì)作為測(cè)量油溫的設(shè)備，為了保證溫度計(jì)測(cè)量的溫度與人工測(cè)量的溫度一致，平均溫度一般有6～12個(gè)測(cè)量點(diǎn)取平均值。

1.3? 質(zhì)量和密度測(cè)量

油品質(zhì)量是壓力變送器上下部油品質(zhì)量的和，壓力變送器上部油品質(zhì)量通過(guò)靜壓力法測(cè)得，利用壓力或壓差變送器測(cè)量油品作用在罐底部靜壓力的方法來(lái)測(cè)量?jī)?chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)的質(zhì)量，而壓力變送器下部油品質(zhì)量要通過(guò)油品密度與壓力變送器下部油罐體積乘機(jī)計(jì)算，油品密度再通過(guò)當(dāng)前壓力和液位轉(zhuǎn)化而來(lái)[1]。

2 混合式油罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)誤差影響因素

2.1 液位測(cè)量的影響因素

伺服液位計(jì)測(cè)高基準(zhǔn)點(diǎn)是罐頂?shù)膶?dǎo)向管，原理是由浮子下探測(cè)得空高，參照高度（Hc）與空高（Hk）的差為油品液位（H），檢空尺法：H=Hc-Hk;而人工檢尺的基準(zhǔn)點(diǎn)是罐底的投尺板，檢實(shí)尺法：測(cè)量的液位高度即為人工測(cè)量實(shí)尺高。以筆者公司油庫(kù)為例，通過(guò)對(duì)油罐液位計(jì)與人工計(jì)量長(zhǎng)達(dá)1年多的跟蹤比對(duì)，10個(gè)油罐396組比對(duì)數(shù)據(jù)，液位計(jì)和人工檢尺測(cè)得油品高度存在明顯差異，液位計(jì)與人工計(jì)量的液位差值均超過(guò)了《混合式油罐測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》中規(guī)定液位測(cè)量最大允許誤差。

液位計(jì)與人工測(cè)量油品液位高最大差值達(dá)0.086m，液位平均誤差最大0.082m。而《油庫(kù)自動(dòng)計(jì)量應(yīng)用指導(dǎo)規(guī)范》中校準(zhǔn)比對(duì)的技術(shù)指標(biāo)要求液位測(cè)量最大允許誤差滿足±3mm，油庫(kù)油罐均最大誤差均超出該標(biāo)準(zhǔn)，下面以D-09-500油罐數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析：

9號(hào)油罐共比對(duì)了38組數(shù)據(jù)，液位平均差值為0.0059m，液位最大測(cè)量差值為0.01m;人工計(jì)量口平均變化差為0.007m，人工計(jì)量口最大變化差為0.022m。液位低6m以下時(shí)，液位計(jì)與人工測(cè)量誤差相對(duì)較大達(dá)0.009m，超過(guò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.006m，通過(guò)數(shù)據(jù)可以看到液位計(jì)與人工計(jì)量在液位和質(zhì)量比對(duì)數(shù)據(jù)并不理想，分析造成液位測(cè)量不準(zhǔn)確的原因來(lái)自油罐罐底變形和油罐存油高度對(duì)管壁的影響。

2.1.1計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)變化對(duì)液位測(cè)量的影響

筆者油庫(kù)的油罐均由外浮頂原油罐改造的特大型成品油罐，由于受鋼浮船（重量大于200噸以上）限制，浮船的導(dǎo)向管位于油罐兩側(cè)，一根導(dǎo)向管用于人工計(jì)量（計(jì)量口），另一根用作伺服液位計(jì)。其計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)為罐底投尺板;伺服液位計(jì)通過(guò)浮子測(cè)油品液面高度來(lái)計(jì)算實(shí)高，由于導(dǎo)向管安裝的差異、測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)的不同、測(cè)量方法不同，油罐罐底的變形對(duì)測(cè)量液位值影響頗大，尤其是卸收油品時(shí)，油罐絕大部分是低液位狀態(tài)下收油，當(dāng)油品液位達(dá)到一定高度或裝滿油品后，會(huì)因底板變形產(chǎn)生計(jì)量結(jié)果不準(zhǔn)，特別是油罐容量較大，以9號(hào)罐為例直徑60m，兩側(cè)罐底變形更加程度不同，從實(shí)測(cè)罐總高與參照高度比較，油面越低，實(shí)測(cè)罐總高接近參照高度，罐底板出現(xiàn)反彈;油面到了一定的高度，罐底板凹陷，并穩(wěn)定在某種狀態(tài)不動(dòng)[2]。在收發(fā)油過(guò)程中，油罐兩側(cè)的罐底變形導(dǎo)致計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)存在明顯差異，計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)的變形不僅影響人工計(jì)量的測(cè)量數(shù)據(jù)，也造成液位計(jì)設(shè)定的參照高度與實(shí)際測(cè)量時(shí)參照高度不同，兩者比對(duì)數(shù)據(jù)差距更大。下面介紹造成罐底變形的影響因素[3]：

（1）液體靜壓力對(duì)罐壁的影響。油罐檢測(cè)給出的容量表和底量表是空罐狀態(tài)下的容積值，檢測(cè)是在設(shè)定油罐內(nèi)部規(guī)則下檢定的，但在實(shí)際使用中到油罐在不同的油高程度下，液體靜壓力對(duì)油罐壁的作用不同，引起罐體鋼板膨脹造成每圈板直徑增大的程度也不同，靜水壓造成罐底變形量以及罐壁變形導(dǎo)致罐頂沉降量是不一樣的，通過(guò)油罐對(duì)計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量比對(duì)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同液位計(jì)的安裝基準(zhǔn)發(fā)生的位移最大超過(guò)10mm。

（2）液體靜壓力對(duì)罐底的影響。油罐檢定后出具的罐底容積表是空罐狀態(tài)。在實(shí)際計(jì)量作業(yè)中，由于油罐底板受液體靜壓力發(fā)生形變的不同，各油罐的變化也不盡相同，而油罐檢定規(guī)程中沒(méi)有給出不同液位高度下底量容積實(shí)際變化的修正方法。立式油罐在工程建設(shè)中，由于底板焊接時(shí)的應(yīng)力及油罐圈板對(duì)底板重力的影響，油罐空罐時(shí)底板為表面凹凸不平、不規(guī)則的幾何體，但總趨勢(shì)是底板凸起，中部高，周圍低。當(dāng)油罐收油時(shí)，隨著液位的不斷升高，罐底開(kāi)始下沉，當(dāng)液位在2.3m左右時(shí)，其罐底形狀變化可以看出，底板從空罐狀態(tài)的凸起，變成了不平的凹陷。

2.1.2計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)改進(jìn)后對(duì)液位測(cè)量的影響

油庫(kù)液位計(jì)和人工計(jì)量口安裝位置的偏差，基準(zhǔn)點(diǎn)和測(cè)量方法的不同，使其收受罐底變形的影響嚴(yán)重，解決計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)受罐底變形影響是重要任務(wù)，筆者油庫(kù)通過(guò)對(duì)人工計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)和液位計(jì)計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)的改造這一突破性舉措解決了液位測(cè)量差距大這一問(wèn)題，改造后人工投尺板與液位計(jì)檢尺板在同一水平線，兩者計(jì)量基準(zhǔn)相同、兩者參照高度相同，投尺板均是與導(dǎo)向管下方引出支架焊接，此法有效的解決了罐底變形對(duì)液位測(cè)量的影響。

改造后對(duì)同一油罐--9號(hào)罐進(jìn)行31組比對(duì)，液位計(jì)與人工計(jì)量測(cè)得油品液位比對(duì)數(shù)據(jù)有了明顯好轉(zhuǎn)，兩者比對(duì)平均液位高度差值為0.0007m，最大液位差為0.003m;隨著罐內(nèi)油品液位高度的不斷變化，人工計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)差值不便，均為0.003m，這說(shuō)明改造后的計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)不再受油罐罐底變形的影響，計(jì)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定;而液位計(jì)與人工計(jì)量比對(duì)數(shù)據(jù)均達(dá)到《油庫(kù)自動(dòng)計(jì)量應(yīng)用指導(dǎo)規(guī)范》中校準(zhǔn)比對(duì)技術(shù)指標(biāo)的要求，液位測(cè)量最大允許誤差小于±3mm，且兩者液位差值趨于0，最大誤差優(yōu)于改造前0.01m，平均誤差優(yōu)于改造前0.0052m，改造前后差率88.1%。

通過(guò)對(duì)計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)改造前后的數(shù)據(jù)分析，可以看出計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)的對(duì)液位測(cè)量影響之大，通過(guò)改造后的數(shù)據(jù)可以看出計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)改造是成功的。

2.2密度測(cè)量的影響因素

間接測(cè)量值的誤差應(yīng)是直接測(cè)得量及其誤差的函數(shù)，故稱這種間接測(cè)量的誤差為函數(shù)誤差。研究函數(shù)誤差的內(nèi)容，實(shí)質(zhì)上就是研究誤差的傳遞問(wèn)題，而對(duì)于這種具有確定關(guān)系的誤差計(jì)算，也稱之為誤差合成[4]。

在混合法計(jì)量過(guò)程中，密度測(cè)量就是間接測(cè)量值ρt =P/（ g×H） ，伺服液位計(jì)所測(cè)密度由壓力、液位兩個(gè)參數(shù)決定。

即

其中，P1為油罐底部壓力，P2為油罐頂部蒸汽壓力，H為油罐內(nèi)油品液位高度，根據(jù)誤差合成理論可得視密度ρ的系統(tǒng)誤差為：

即

密度受油品高度、壓力的影響誤差更加明顯，單個(gè)直接測(cè)量值的誤差對(duì)間接測(cè)量值的誤差影響是依賴于誤差傳遞系數(shù)，因此罐內(nèi)油高越高，誤差傳遞系數(shù)越小，從表3.4油罐比對(duì)數(shù)據(jù)可以看到，兩者密度差最大差3.9kg/m3 ，平均誤差為1.03kg/m3，液位的是否決定了密度的精準(zhǔn)度。

2.3 質(zhì)量測(cè)量的影響因素

2.3.1液位對(duì)質(zhì)量測(cè)量的影響

油品質(zhì)量m（油品）=P/（ g×H）+P×S/g，油品質(zhì)量為間接測(cè)量值，受壓力、液位影響。從表2.4中可以看出，計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)改造前液位計(jì)與人工計(jì)量比對(duì)罐存量差率最大達(dá)0.39%，超過(guò)《油庫(kù)自動(dòng)計(jì)量應(yīng)用指導(dǎo)規(guī)范》中規(guī)定校準(zhǔn)質(zhì)量測(cè)量結(jié)果最大允許誤差≤±0.2%這一技術(shù)指標(biāo)。

2.3.2 密度對(duì)油品質(zhì)量測(cè)量的影響

油品液位低于3.5m時(shí)油品質(zhì)量測(cè)量結(jié)果也不理想，這是由于在液位計(jì)測(cè)3.5m以下的油品密度準(zhǔn)確性差。采用取樣器人工測(cè)油品密度，將測(cè)得密度ρt輸入伺服液位計(jì)計(jì)量系統(tǒng)中來(lái)計(jì)算死量區(qū)油品質(zhì)量， m（油品）=m2（死區(qū)）+m1（可測(cè)區(qū)）=V死區(qū)×ρt+P1×S/g，可測(cè)區(qū)質(zhì)量仍由壓力和截面積求出，測(cè)得的油品質(zhì)量差也從之前比對(duì)表2.5中的0.36%下降到表2.5中的0.15%（3.5米以下），且每一組比對(duì)數(shù)據(jù)的油品質(zhì)量差率均小于《油庫(kù)自動(dòng)計(jì)量應(yīng)用指導(dǎo)規(guī)范》中規(guī)定校準(zhǔn)質(zhì)量測(cè)量結(jié)果最大允許誤差±0.2%這一技術(shù)指標(biāo)，這說(shuō)明密度的準(zhǔn)確測(cè)量最液位計(jì)油品質(zhì)量測(cè)量起關(guān)鍵作用。

3結(jié)語(yǔ)

經(jīng)分析，液位計(jì)與人工計(jì)量比對(duì)差值偏差較大、以及密度測(cè)量不準(zhǔn)的原因罐底投尺板的變形，最終造成油品質(zhì)量測(cè)量的不準(zhǔn)確性，無(wú)法用于成品油油罐庫(kù)存管理。在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，要控制好計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)的安裝，避免罐底變形造成的影響，同時(shí)也要考慮響其測(cè)量精度的諸多誤差因素，準(zhǔn)確分析誤差來(lái)源，消除或減少誤差干擾是油罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)有效應(yīng)用的關(guān)鍵;在計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝郭總中一定要充分了解各類系統(tǒng)的特點(diǎn)和配置，根據(jù)測(cè)量對(duì)象、測(cè)量條件和測(cè)量要求等實(shí)際情況，關(guān)注計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)確定、儀表設(shè)備安裝、維護(hù)保養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-01-07

作者簡(jiǎn)介：姬紅茹（1987—），女，黑龍江大慶，碩士研究生，中級(jí)工程師，研究方向：計(jì)量管理。